Question

低碳經(jīng)濟(jì)呼喚新能源和清潔環(huán)保能源．煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值等問(wèn)題．已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=a kJ?mol^-1的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	427	700	800
平衡常數(shù)	9.94	9	b	0.64

（1）a

＞

0 （填“＜”或“＞”）．若到達(dá)平衡后升高溫度，則CO的轉(zhuǎn)化率將

減小

，正反應(yīng)速率

增大

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）若在427℃時(shí)進(jìn)行，且CO、H₂O的起始濃度均為0.01mol/L，在該條件下，CO的最大轉(zhuǎn)化率為

75%

．
（3）700℃時(shí)，向容積為2L的密閉容器中充入一定量的CO和H₂O，反應(yīng)過(guò)程中測(cè)定的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)下表（表中t₁＞t₂）：

反應(yīng)時(shí)間/min	n（CO）/mol	H2O/mol
0	1.20	0.60
t1	0.80
t2		0.20

保持其他條件不變，起始時(shí)向容器中充入0.60molCO和1.20molH₂O，到達(dá)平衡時(shí)，n（CO₂）=

0.4

mol；b=

1

．

Answer 1

分析：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度反應(yīng)速率加快，據(jù)此解答；
（2）到達(dá)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時(shí)CO的濃度變化量為x，根據(jù)三段式表示出平衡時(shí)各組分的濃度，代入平衡常數(shù)列方程計(jì)算x的值，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，t₁時(shí)刻，△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，根據(jù)方程式CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂可知，△n（H₂O）=0.4mol，故此時(shí)n（H₂O）=0.6mol-0.4mol=0.2mol，t₂時(shí)刻水的物質(zhì)的量為0.2mol，故t₁時(shí)刻反應(yīng)達(dá)平衡，利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，由于各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量都是1，故可以利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)；
令平衡時(shí)，二氧化碳的物質(zhì)的量為y，根據(jù)三段式表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，代入平衡常數(shù)列方程計(jì)算y的值．

解答：解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故a＞0，
平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，升高溫度反應(yīng)速率加快，故正反應(yīng)速率增大，
故答案為：＞，減小，增大；
（2）到達(dá)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率最大，令平衡時(shí)CO的濃度變化量為x，則：
                CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開(kāi)始（mol/L）：0.01    0.01     0      0
變化（mol/L）：x          x       x      x
平衡（mol/L）：0.01-x   0.01-x     x      x
故

x×x

(0.01-x)×(0.01-x)

=9，解得x=0.0075
故CO的轉(zhuǎn)化率為

0.0075mol/L

0.01mol/L

×100%=75%
故答案為：75%；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，t₁時(shí)刻，△n（CO）=1.2mol-0.8mol=0.4mol，根據(jù)方程式CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂可知，△n（H₂O）=0.4mol，故此時(shí)n（H₂O）=0.6mol-0.4mol=0.2mol，t₂時(shí)刻水的物質(zhì)的量為0.2mol，故t₁時(shí)刻反應(yīng)達(dá)平衡，
             CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開(kāi)始（mol）：1.2     0.6      0      0
變化（mol）：0.4     0.4      0.4    0.4
平衡（mol）：0.8     0.2      0.4    0.4
故該溫度下平衡常數(shù)為：

0.4×0.4

0.8×0.2

=1
起始時(shí)向容器中充入0.60molCO和1.20molH₂O，到達(dá)平衡時(shí)，令二氧化碳的物質(zhì)的量為y，則：
              CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）
開(kāi)始（mol）：0.6    1.2      0      0
變化（mol）：y       y        y      y
平衡（mol）：0.6-y   1.2-y     y       y
所以

y×y

(0.6-y)×(1.2-y)

=1，解得y=0.4，
故答案為：0.4，1．

點(diǎn)評(píng)：考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算等，難度中等，注意（2）中利用平衡常數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化率的計(jì)算．